úvod
Fľaša koncentrovanej šťavy je tmavá, pohár zriedenej len slabo zafarbený. Podľa farby odhadneme, ktorý roztok je koncentrovanejší. Spektrofotometria robí z tohto odhadu presné meranie: zisťuje, koľko svetla roztok pohltí, a z toho počíta koncentráciu.
teória
Prečo je roztok farebný
Biele svetlo je zmes všetkých farieb. Farebný roztok niektoré farby pohlcuje a ostatné prepúšťa. Do oka sa dostane len prepustené svetlo, preto vidíme doplnkovú farbu k tej, ktorá sa pohltila:
| Roztok | Pohlcuje | Vidíme |
|---|---|---|
| manganistan draselný | zelené svetlo | fialový |
| železitý ión s tiokyanatanom | modrozelené svetlo | červený |
| meďnatý ión s amoniakom | oranžové svetlo | tmavomodrý |
| chlorofyl | modré a červené svetlo | zelený |
teória
Spektrofotometer
Prístroj má štyri hlavné časti:
- Lampa svieti bielym svetlom.
- Mriežka alebo hranol rozloží svetlo a štrbinou prepustí len jednu vlnovú dĺžku.
- Kyveta je malá nádobka s roztokom, zvyčajne hrubá 1 cm.
- Detektor zmeria, koľko svetla prešlo.
Prístroj ukáže priepustnosť T, teda akú časť svetla roztok prepustil, a absorbanciu A, ktorá vyjadruje, ako silno roztok svetlo pohlcuje. Čistá voda má absorbanciu 0. Čím je roztok koncentrovanejší, tým má väčšiu absorbanciu.
teória
Absorpčné spektrum
Keď meriame absorbanciu postupne pri rôznych vlnových dĺžkach, dostaneme absorpčné spektrum. Jeho vrchol, maximum pohlcovania, prezradí, aké svetlo roztok pohlcuje najviac. Pri meraní koncentrácie nastavíme práve túto vlnovú dĺžku, lebo tam je meranie najcitlivejšie.
teória
Kalibračná priamka
Absorbancia rastie priamo úmerne s koncentráciou. Postup merania:
- Pripravíme niekoľko štandardov, roztokov so známou koncentráciou.
- Zmeriame ich absorbanciu a body zakreslíme do grafu. Spojí ich kalibračná priamka.
- Zmeriame absorbanciu vzorky a z priamky odčítame jej koncentráciu.
Keď je vzorka koncentrovanejšia ako najsilnejší štandard, zriedime ju, zmeriame znova a výsledok vynásobíme zriedením.
vyskúšaj si
Spektrofotometer
V kyvete je roztok s koncentráciou 30 mg/l KMnO₄. Meniaj vlnovú dĺžku, zapisuj body spektra a nájdi, pri ktorej vlnovej dĺžke roztok pohlcuje najviac.
Prečo je roztok manganistanu fialový?
0 / 0Bezfarebné látky sa dajú merať tiež. Stačí ich premeniť farebnou reakciou: železo dá s tiokyanatanom krvavočervený roztok, meď s amoniakom tmavomodrý. Mnohé látky pohlcujú aj ultrafialové svetlo, ktoré oko nevidí, a spektrofotometer ho zmeria rovnako.
Zapamätaj si: farebný roztok pohlcuje časť svetla a my vidíme doplnkovú farbu. Spektrofotometer meria absorbanciu, ktorá rastie priamo úmerne s koncentráciou. Z roztokov so známou koncentráciou nakreslíme kalibračnú priamku a z nej odčítame koncentráciu vzorky.
Lambertov-Beerov zákon
Svetlo, ktoré prechádza roztokom, slabne tým viac, čím je roztok koncentrovanejší a čím je vrstva hrubšia. Platí:
A = ε · l · c
- A je absorbancia, nemá jednotku,
- ε je molárny absorpčný koeficient v l/(mol · cm), konštanta látky pri danej vlnovej dĺžke,
- l je hrúbka kyvety v cm,
- c je koncentrácia v mol/l.
Absorbancia súvisí s priepustnosťou T vzťahom
A = −log T
Keď roztok prepustí 10 % svetla, T = 0,1 a A = 1. Pri 1 % je A = 2. Každá jednotka absorbancie teda znamená desaťkrát menej prepusteného svetla.
Príklad. Manganistan má pri 525 nm ε = 2 400 l/(mol · cm). Roztok v 1 cm kyvete má absorbanciu 0,36.
c = A : (ε · l) = 0,36 : (2 400 · 1) = 1,5 · 10⁻⁴ mol/l
Zákon platí len pre zriedené roztoky. Pri vysokých koncentráciách sa molekuly navzájom ovplyvňujú a detektor dostane príliš málo svetla, preto sa priamka ohýba. Preto sa koncentrované vzorky riedia.
rozšírenie Svetlo cez prst
Klip, ktorý v nemocnici pripnú pacientovi na prst, je malý spektrofotometer. Pulzný oxymeter svieti cez prst červeným a infračerveným svetlom. Hemoglobín s kyslíkom a bez kyslíka pohlcuje tieto dve farby inak, a z pomeru absorbancií prístroj vypočíta, koľko percent hemoglobínu nesie kyslík. Pri zdravom človeku je to 95 až 100 %.
teória
Časté chyby
- „Fialový roztok pohlcuje fialové svetlo.“ Naopak, fialové svetlo prepúšťa a pohlcuje zelené.
- „Absorbancia a priepustnosť rastú spolu.“ Čím viac svetla roztok pohltí, tým menej ho prepustí.
- „Priamku môžeme predĺžiť ľubovoľne ďaleko.“ Koncentrovanú vzorku treba zriediť do rozsahu štandardov.
- „Na vlnovej dĺžke nezáleží.“ Meriame v maxime pohlcovania, kde je meranie najcitlivejšie.
Ako sa látky zo zmesi najprv oddelia a až potom zmerajú, ukazuje chromatografia.